(57)【要約】【課題】  処理効率を大幅に低下させることなく処理終点近傍でのウエハの表面へのダメージを低下させる。【解決手段】  ウエハ７のエッチング終期を処理中に導出する終点検出ヘッド１５及びエッチング時間が終了する所定時間前の時期に作動するタイマー１９と、イオン源の電圧を制御するイオン源コントローラ１８とを備え、エッチング終期に加速電圧を低下させて処理速度を大幅に低下させることなく処理終点近傍でウエハ７の表面へのダメージを低下させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理状況を処理中に導出する状況導出部と、イオン源の出力を制御する出力制御部とを備え、
出力制御部には、状況導出部の情報に基づいて処理の進行に伴いイオン源の出力を調整する機能が備えられている
ことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
状況導出部は処理タイマーであり、
出力制御部には、処理タイマーにより処理終期が導出された際にイオン源の出力を低下させる機能が備えられている
ことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
状況導出部は、被処理部材から除去された膜の微粒子を構成する元素のプラズマ発光状況を検出することにより処理終期を導出する処理終期検出部であり、
出力制御部には、処理終期検出部により処理終期が導出された際にイオン源の出力を低下させる機能が備えられている
ことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
イオン源の出力の低下は電圧を低下させる
ことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
イオンビームを照射する処理はイオンミリングである
ことを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項６】
イオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理状況を処理中に導出し、処理の進行に伴い処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項７】
処理時間の経過によりイオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理終期を求め、処理の進行に連動して処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項８】
処理深さによりイオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理終期を求め、処理の進行に連動して処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、
イオンビームを照射する処理はイオンミリングである
ことを特徴とするイオンビーム処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法に関し、処理終期での被処理部材へのダメージの低減を企図したものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造には、イオンミリングやスパッタエッチング等のイオンの衝突による物理的作用を利用して配線や素子の加工を行うイオンビーム処理装置が用いられている。イオンビーム処理装置は、加工に異方性が得られる点や、制御の容易な点等から半導体装置の製造に広く用いられている。
【０００３】
半導体ウエハを被処理部材とするイオンミリング装置では、ステージ上に複数枚のウエハを載置し、ステージを回転させながらイオン発生源によって生成したイオン（例えば、Ａｒイオン）を高電圧によって加速し、ターゲットであるウエハの表面に衝突させる。イオンをウエハの表面に衝突させることにより、レジスト膜以外の場所のターゲットの表面を削り取り、所望の素子等の形状に加工している。
【０００４】
このようなイオンミリング装置では、処理中（開始から終点）のウエハとイオン源との電位差を一定に保ち、一定のエッチングレートにより処理が行われている。エッチングレートを高くして処理時間を短くするためには、電位差を高く保ちイオンエネルギーが高い状態で処理を行う必要がある。しかし、イオンエネルギーを高くした場合、特に、エッチング部終点近傍でウエハの表面にダメージが生じ、結晶歪や温度上昇による膜組成変化が発生する虞があった。
【０００５】
このため、従来から、イオン源のイオンビーム分布を改善する方法（例えば、特許文献１参照）や、シャッター等の機械的な機構によりイオンビーム量を減らして物理的なダメージによる発熱を抑制する装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかし、イオンビームの分布を改善する場合、分布は改善されるものの電位差は一定に保たれるため終点近傍でのウエハ表面のダメージ発生は抑制することはできない。また、機械的な機構によりイオンビーム量を減らす場合、イオンビームが絞られてエッチング速度の大幅な低下を招いてしまい効率低下につながってしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２１６６５３号公報
【特許文献２】特開平９−１６２１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、処理効率を低下させることなく処理終期での被処理部材へのダメージを低減させることができるイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、イオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理状況を処理中に導出する状況導出部と、イオン源の出力を制御する出力制御部とを備え、出力制御部には、状況導出部の情報に基づいて処理の進行に伴いイオン源の出力を調整する機能が備えられていることを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
本発明の第１の態様では、処理の進行に伴いイオン源の出力を調整することで、処理効率を大幅に低下させることなく処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させ、結晶歪や温度上昇による膜組成変化を抑えることができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、状況導出部は処理タイマーであり、出力制御部には、処理タイマーにより処理終期が導出された際にイオン源の出力を低下させる機能が備えられていることを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
本発明の第２の態様では、処理タイマーにより所定の時期になった時点でイオン源の出力を低下させるので、処理終期の時期に確実にイオン源の出力を低下させて処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、状況導出部は、被処理部材から除去された膜の微粒子を構成する元素のプラズマ発光状況を検出することにより処理終期を導出する処理終期検出部であり、出力制御部には、処理終期検出部により処理終期が導出された際にイオン源の出力を低下させる機能が備えられていることを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
本発明の第３の態様では、処理終期検出部により処理の終期が導出された時点でイオン源の出力を低下させるので、処理終期の最適な時期にイオン源の出力を低下させて処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜３のいずれかの態様において、イオン源の出力の低下は電圧を低下させることを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
本発明の第４の態様では、加速電圧を低下させて処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜４のいずれかの態様において、イオンビームを照射する処理はイオンミリングであることを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
本発明の第５の態様では、イオンミリングによるウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の第６の態様は、イオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理状況を処理中に導出し、処理の進行に伴い処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法にある。
本発明の第６の態様では、処理の進行に伴いイオン源の出力を調整することで、処理効率を大幅に低下させることなく処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させ、結晶歪や温度上昇による膜組成変化を抑えることができる。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の第７の態様は、処理時間の経過によりイオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理終期を求め、処理の進行に連動して処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法にある。
本発明の第７の態様では、処理終期の時期に確実にイオン源の出力を低下させて処理効率を大幅に低下させることなく処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の第８の態様は、処理深さによりイオンビームを照射して処理を行う被処理部材の処理終期を求め、処理の進行に連動して処理終期にイオン源の出力を低下させることを特徴とするイオンビーム処理方法にある。
本発明の第８の態様では、処理終期の最適な時期にイオン源の出力を低下させて処理効率を大幅に低下させることなく処理終点近傍でウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第６〜８のいずれかの態様において、イオンビームを照射する処理はイオンミリングであることを特徴とするイオンビーム処理方法にある。
本発明の第９の態様では、イオンミリングによるウエハの表面へのダメージを低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には本発明の一実施形態例に係るイオンビーム処理装置としてのイオンミリング装置の概略構成、図２にはエッチング開始時の処理状況、図３にはエッチング終期の処理状況、図４には加速電圧の経時変化を示してある。
【００１９】
図１に基づいてイオンミリング装置を説明する。
図に示すように、処理チャンバ１にはイオン源チャンバ２が接続され、処理チャンバ１とイオン源チャンバ２の間にはゲートバルブ３が設けられている。ゲートバルブ３に対応して処理チャンバ１には減速電極４及びシャッタ５が設けられ、ゲートバルブ３と反対側における処理チャンバ１にはウエハテーブル６が回転自在に設けられ、ウエハテーブル６には被処理部材としてのウエハ７が載置保持される。ウエハテーブル６はシャッタ５に対して傾斜した状態に配されている。
【００２０】
イオン源チャンバ２にはフィラメント８が設けられ、イオン源チャンバ２には、例えば、Ａｒガスが供給される。フィラメント８には電源９が接続され、フィラメント８に電力が供給されることでＡｒガスがイオン化されて加速され、処理チャンバ１にＡｒイオンが送られる。
【００２１】
処理チャンバ１には排気系（ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等）１１が接続されると共に、イオン源チャンバ２には排気系（ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等）１２が接続されている。排気系１１、１２により処理チャンバ１及びイオン源チャンバ２の内部が所定の圧力に減圧保持される。
【００２２】
処理チャンバ１の内部には処理終期検出部としての終点検出ヘッド１５が設けられ、終点検出ヘッド１５は可動機構１６によりウエハテーブル６に対して位置決め移動される。終点検出ヘッド１５は、例えば、基板表面から除去された膜が微粒子となって処理チャンバ１内の処理ガス中に含まれているため、処理ガス内で微粒子の元素をプラズマ発光させ、そのプラズマ発光状態（波長等）を検出する分光器等により構成され、検出情報は終点検出器１７に送られる。終点検出器１７では光の波長等に基づきエッチングされた成分が導出され、処理ガス中の微粒子を構成する元素が確認できなくなれば、エッチング終期と検出して、該エッチング終期の情報が出力制御部としてのイオン源コントローラ１８に送られる。また、イオン源コントローラ１８にはタイマー１９が接続され、予め決められたエッチング時間が終了する所定時間前（例えば、数十秒前）の情報がイオン源コントローラ１８に送られる。タイマー１９による設定は可変に調整することができる。ここで、各種元素の発光スペクトルを使い分けることにより、様々な膜のエッチング終期を検出することができる。
【００２３】
イオン源コントローラ１８からは、終点検出器１７でエッチング終期が検出された場合、または、タイマー１９でエッチング時間が終了する所定時間前の情報が送られた場合、または、いずれかの情報の一方が送られた場合に、電源９側に出力の低下指令（電圧の低下指令）が送られる。
【００２４】
尚、状況導出部としてエッチングの終期を導出する終点検出器１７、タイマー１９を設けた例を挙げて説明したが、どちらか一方だけが設けられていてもよい。
【００２５】
図２乃至図４を参照して上述したイオンミリング装置によるミリング方法を説明する。
ウエハ７をウエハテーブル６にセットした後、処理チャンバ１が排気系１１により所定の真空状態に減圧されると共に、イオン源チャンバ２が排気系１２により所定の真空状態に減圧される。イオン源チャンバ２にＡｒガスを導入し、電源９に電力を供給してフィラメント８を加熱してＡｒイオンを形成する。ウエハテーブル６を回転させてウエハ７の位置決めが行われ、ゲートバルブ３が開かれる。所望の電位差によりＡｒイオンが加速されてウエハ７に照射され、ミリング加工が行われる。
【００２６】
即ち、図２に示すように、下層２１と上層２２とからなるウエハ７にはレジスト２３が形成され、Ａｒイオンが所定の加速電圧により照射されてレジスト２３が形成されていない部位の上層２２がエッチングされる（図４中時間ｔ０〜ｔ１）。
【００２７】
エッチングが進み終点検出器１７でエッチング終期が検出された場合、または、タイマー１９によりエッチング時間が終了する所定時間前（例えば、数十秒前：終期）の情報がイオン源コントローラ１８に送られた場合、または、いずれかの情報の一方が送られた場合、イオン源コントローラ１８から出力の低下指令（電圧の低下指令）が電源９側に送られる。エッチング終期には、図３に示すように、低下した電圧によりＡｒイオンが加速されてウエハ７に照射され、下層２１へのダメージを最小限に抑えてエッチングが終了となる（図４中時間ｔ１〜ｔ２）。
【００２８】
尚、電圧の低下は、エッチング終期ｔ１からエッチング終了のｔ２にかけて漸減するように低下させたり（図４中点線で示してある）、複数段階で低下させることが可能である。
【００２９】
上述したイオンミリング装置では、加速電圧を一定に維持するのではなく、ミリング処理中におけるエッチング終期ｔ１からエッチング終了のｔ２にかけて電圧を低下させるようにしたので、ミリング処理の終期で低下した電圧によりＡｒイオンを加速させて下層２１に対する加速イオン（Ａｒイオン）によるダメージを低下させることができる。このため、処理効率を大幅に低下させることなく、加工歪、ウエハ７の温度上昇による膜組成変化等の悪影響を低減することができる。
【００３０】
また、下層２１にＡｒイオンの影響が及ばない時間ｔ０〜ｔ１の間で加速電圧を高くすることで、加工深さに応じて最適なミリング条件を設定することができ（例えば、通常１ｋＶの電圧で加速させるところを１.５ｋＶで加速させる）、エッチング終期ｔ１からエッチング終了のｔ２にかけて電圧を低下させても（例えば、８００Ｖ）、トータルとしての加工時間を短縮させることができる。
【００３１】
下層２１としてシリコン基板を適用し、上層２２として強誘電体膜を適用した場合、シリコン基板の結晶に歪が生じることが抑制され、強誘電体膜の駆動特性を向上させることができる。
【００３２】
尚、イオン源の出力を低下させる部としては、電流を制御したりＡｒイオンを機械的に規制する等の部を用いることも可能である。
【００３３】
上述したイオンミリング装置は、半導体、液晶表示体、ＭＥＭＳ等の薄膜微細加工技術の分野で適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態例に係るイオンミリング装置の概略構成図である。
【図２】エッチング開始時の処理状況説明図である。
【図３】エッチング終期の処理状況説明図である。
【図４】加速電圧の経時変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  処理チャンバ、２  イオン源チャンバ、３  ゲートバルブ、４  減速電極、５  シャッタ、６  ウエハテーブル、７  ウエハ、８  フィラメント、９  電源、１１、１２  排気系、１５  終点検出ヘッド、１６  可動機構、１７  終点検出器、１８  イオン源コントローラ、１９  タイマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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